本發(fā)明涉及土壤輕質(zhì)固化
技術(shù)領(lǐng)域：
與工程建設(shè)領(lǐng)域，具體涉及一種控制輕質(zhì)固化土密度與強(qiáng)度的裝置及試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
：土壤輕質(zhì)固化劑是一種由固化劑、發(fā)泡劑合成的用以固化各類土壤的新型節(jié)能環(huán)保工程材料，具有成本廉價(jià)，制作方便、生態(tài)環(huán)保的特點(diǎn)。對(duì)于需改良的鹽漬土，根據(jù)土的物理和化學(xué)性質(zhì)，只需摻入一定量的輕質(zhì)固化劑，加入水，經(jīng)拌勻、振蕩處理，即可達(dá)到需要的性能指標(biāo)。輕質(zhì)固化鹽漬土具有輕質(zhì)和密度小的特點(diǎn)，在制備過(guò)程中通過(guò)發(fā)泡材料取代部分原料土，形成孔隙狀結(jié)構(gòu)，而又因?yàn)楣袒牧系淖饔檬沟幂p質(zhì)土的結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。固化輕質(zhì)土的這些特點(diǎn)在實(shí)際施工過(guò)程中不但能夠更大的減輕地基本身的自重，而且還能夠減少原料土的用料，降低工程造價(jià)。固化輕質(zhì)土密度略微提升的情況下，固化輕質(zhì)土的強(qiáng)度會(huì)有明顯提升，其結(jié)構(gòu)性也更好。配制一種新型的輕質(zhì)固化土是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程需要的條件，在室內(nèi)試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)一定的試驗(yàn)方法找到幾種基本材料的最佳配比，統(tǒng)一制備方法，檢測(cè)試樣各項(xiàng)物理和力學(xué)性能是否可以滿足工程要求。通過(guò)試驗(yàn)，在室內(nèi)試驗(yàn)中制作出滿足不同地基以及路基施工要求的輕質(zhì)固化土，為后續(xù)研究輕質(zhì)固化鹽漬土土具體試驗(yàn)特性做準(zhǔn)備。然而，目前配制輕質(zhì)固化土方面存在的問(wèn)題：不同現(xiàn)場(chǎng)施工條件以及不同工況對(duì)于輕質(zhì)固化土強(qiáng)度要求的不同，需要制備不同成分配比的輕質(zhì)固化劑，需要通過(guò)大量對(duì)比試驗(yàn)得到最佳配比，消耗大量的時(shí)間及成本。因而，迫切需要一種可以控制輕質(zhì)固化鹽漬土發(fā)泡體積的裝置，在不改變輕質(zhì)固化劑配方的條件下，通過(guò)控制土體的發(fā)泡程度即土體的密度，根據(jù)不同工程狀況改變輕質(zhì)固化土的強(qiáng)度，從而達(dá)到滿足工程建設(shè)的要求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明目的是提供一種控制輕質(zhì)固化土密度與強(qiáng)度的裝置及試驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)于土體發(fā)泡程度即土體密度的控制，以滿足不同工況對(duì)改良土體的要求。且該發(fā)明須具備制作簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、成本低廉、準(zhǔn)確性高等特征，以便于根據(jù)不同工程狀況改變輕質(zhì)固化土的強(qiáng)度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種控制輕質(zhì)固化土密度與強(qiáng)度的裝置，其中：該裝置包括土樣放置部分及控制發(fā)泡部分，所述土樣放置部分包括土樣區(qū)、模具、不透氣不透水膜和通孔，兩張不透氣不透水膜包裹在模具上下兩端，通孔均勻分布在模具外壁同一高度處，土樣區(qū)為模具與其下端的不透氣不透水膜形成的空間。所述控制發(fā)泡部分包括兩根鐵絲和墊片，兩根鐵絲成十字交叉分別穿過(guò)四個(gè)通孔，并向下彎折箍住模具外壁，墊片位于土樣上表面，其上均勻分布七個(gè)透氣孔。同時(shí)提供一種控制輕質(zhì)固化土密度與強(qiáng)度裝置的試驗(yàn)方法。本發(fā)明的有益效果是該裝置備制作簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、成本低廉、準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)，為不同工程建設(shè)要求的土體強(qiáng)度改變提供一種便捷手段。在不改變輕質(zhì)固化劑配方的條件下，通過(guò)控制土體的發(fā)泡高度即土體的密度，根據(jù)不同工程狀況改變輕質(zhì)固化土的強(qiáng)度。設(shè)投入模具中輕質(zhì)固化土的質(zhì)量為m，密度為ρ，圓柱土體半徑為r，高度為h，則根據(jù)公式ρ＝m/πr2h，由于投入模具中土體總質(zhì)量、圓柱土體半徑不會(huì)變，因此ρh的乘積也保持不變。由于使用本發(fā)明裝置可以在輕質(zhì)固化土發(fā)泡過(guò)程中對(duì)發(fā)泡高度進(jìn)行控制，固化輕質(zhì)土密度略微提升的情況下，固化輕質(zhì)土的強(qiáng)度會(huì)有明顯提升，其結(jié)構(gòu)性也更好。因此在不改變輕質(zhì)固化劑最佳配比的條件下，通過(guò)控制發(fā)泡高度的方法，達(dá)到改變固化輕質(zhì)土的密度，從而改變土體強(qiáng)度的目的。利用計(jì)算公式改變密度后的固化輕質(zhì)土體，測(cè)量其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與工程實(shí)際要求的土體強(qiáng)度相比，誤差在6.7％～9.8％之間，在工程實(shí)際應(yīng)用中屬于可接受的范圍。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明用于控制輕質(zhì)固化土密度與強(qiáng)度裝置的三維效果圖；圖2為本發(fā)明用于控制輕質(zhì)固化土密度與強(qiáng)度裝置的側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明用于控制輕質(zhì)固化土密度與強(qiáng)度裝置的俯視圖；圖4為土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨密度、養(yǎng)護(hù)期齡變化的擬合曲線圖。圖中：1、鐵絲2、不透氣不透水膜3、模具4、土樣區(qū)5、墊片6、通孔7、透氣孔具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種控制輕質(zhì)固化土密度與強(qiáng)度裝置及試驗(yàn)方法加以說(shuō)明。本發(fā)明的控制輕質(zhì)固化土密度與強(qiáng)度的裝置，該裝置包括土樣放置部分及控制發(fā)泡部分，所述土樣放置部分包括土樣區(qū)4、模具3、不透氣不透水膜2和通孔6，兩張不透氣不透水膜2包裹在模具3上下兩端，通孔6均勻分布在模具3外壁同一高度處，土樣區(qū)4為模具3與其下端的不透氣不透水膜2形成的空間。所述控制發(fā)泡部分包括兩根鐵絲1和墊片5，兩根鐵絲1成十字交叉分別穿過(guò)四個(gè)通孔6，并向下彎折箍住模具外壁，墊片5位于土樣上表面。本發(fā)明的控制輕質(zhì)固化土密度與強(qiáng)度裝置各組成部分材料及尺寸：組成該裝置的模具材料為pvc圓柱管，外壁直徑為40mm，厚度為2mm，高度為100mm。土樣區(qū)裝入土體高度為60mm。墊片材料為有機(jī)玻璃，直徑為36mm。兩根鐵絲直徑為2mm。本發(fā)明的控制輕質(zhì)固化土密度與強(qiáng)度裝置及試驗(yàn)方法具體實(shí)施如下：這里以改良鹽漬土為例，采用較高含鹽量為2％的鹽漬土為原狀土，制備最優(yōu)配比的固化劑：以鹽漬土重量為基準(zhǔn)，稱量55％重量的水55％，以鹽漬土與水的重量之和為基準(zhǔn)，稱量21.52％重量的輕質(zhì)固化劑。(1)稱量鹽漬土，按照給定的最佳的固化劑配比加入水與輕質(zhì)固化劑攪拌，將攪拌均勻的泥漿倒入模具3中，振蕩密實(shí)形成土樣4，模具3外壁包裹圖1所示的透氣不透水膜2進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，使其自然發(fā)泡。養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7天，養(yǎng)護(hù)期間保持溫度20℃～25℃和濕度50％～60％固定；(2)將7天養(yǎng)護(hù)后的土樣脫模，測(cè)量土樣的高度h與強(qiáng)度，將其高度h定為單位高度h1.0，通過(guò)公式ρ＝m/πr2h(1)得到ρ1.0，設(shè)定為單位密度，然后根據(jù)公式1求出ρ1.1、ρ1.2、ρ1.3情況下的h1.1、h1.2、h1.3；取三個(gè)模具3，分別在距離其底部h1.1、h1.2、h1.3處各打四個(gè)同一高度均勻分布的圓孔，另取三份質(zhì)量為m的土樣，分別放入上述三個(gè)模具3中，在土樣上表面覆蓋一層墊片5，并在四個(gè)通孔6十字交叉放置兩根鐵絲1，鐵絲1兩端向下彎折箍卡住模具3，對(duì)模具3外壁包裹的透氣不透水膜2進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7天，養(yǎng)護(hù)期間保持溫度20℃～25℃和濕度50％～60％固定，將ρ1.0、ρ1.1、ρ1.2、ρ1.3的四份土樣設(shè)為組a；再按照以上方法制取相同于組a的另外三組土樣b、c、d，將其分別養(yǎng)護(hù)14天、28天、60天。(3)使用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度儀測(cè)量上述制備的a、b、c、d四組輕質(zhì)固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qa1.0、qa1.1、qa1.2、qa1.3、qb1.0、qb1.1、qb1.2、qb1.3、qc1.0、qc1.1、qc1.2、qc1.3、qd1.0、qd1.1、qd1.2、qd1.3。測(cè)量結(jié)果如表1所示：無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度表表1根據(jù)此表繪制強(qiáng)度隨密度和齡期變化的曲線圖，并運(yùn)用origin軟件，擬合出曲線，如圖4所示。通過(guò)origin軟件進(jìn)行回歸分析，origin是originlab公司出品的較流行的專業(yè)函數(shù)繪圖軟件。得到固化輕質(zhì)土強(qiáng)度隨著密度變化關(guān)系的計(jì)算公式(2)其中a、b、c分別為密度的常數(shù)項(xiàng)、1次冪、2次冪擬合參數(shù)，其值見(jiàn)表2：擬和參數(shù)表表2通過(guò)上述擬合可以看出，在不同基數(shù)下的結(jié)果不同，r2可以反應(yīng)擬合效果的符合程度，越接近1，表明擬合效果越好。當(dāng)選取的基數(shù)期齡較短時(shí)，擬合偏差較大，這是由于在此階段屬于強(qiáng)度增長(zhǎng)階段，強(qiáng)度變化較大，當(dāng)選取期齡為28d的強(qiáng)度作為基數(shù)時(shí)，擬合率較高，這時(shí)固化輕質(zhì)土強(qiáng)度已經(jīng)較穩(wěn)定，因此選取期齡為28d的強(qiáng)度作為基數(shù)較準(zhǔn)確。結(jié)合公式(2)與表2綜合考慮得出如下公式(3)：綜上所述，得出輕質(zhì)固化鹽漬土的無(wú)側(cè)向抗壓強(qiáng)度隨著密度變化而變化期齡/dabcr273.22070.766950.550410.96831143.197361.873660.05870.98008283.093892.96359-0.562140.99198600.872036.83431-2.167750.98534的預(yù)測(cè)公式(3)，在實(shí)際工程建設(shè)中，根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)施工條件以及不同工況對(duì)于輕質(zhì)固化土強(qiáng)度要求的不同，可以在不改變輕質(zhì)固化劑配比的情況下，計(jì)算出規(guī)定強(qiáng)度的相應(yīng)密度ρ，并通過(guò)公式(1)計(jì)算出土體此密度下的發(fā)泡高度h，運(yùn)用本發(fā)明裝置限制其發(fā)泡高度h制備出符合工程要求強(qiáng)度的土體。本裝置對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用具有較大幫助，并作參考。以上所述僅為結(jié)合本次制作過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明，并不限制本結(jié)構(gòu)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種變化和更改，比如多個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改造、變換所用材料等。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12